DNA - Modelle

Einstieg

Mit DNA kann man Nanomaschinen bauen. Bspw. ist es Forschern an der Goethe-Universität Frankfurt gelungen, verschränkte Kettenglieder ("Catenane") und frei bewegliche Räder ("Rotaxane") mit Hilfe der bekannten DNA-Struktur künstlich herzustellen. Mit einem Rasterkraftmikroskop können die äußerst kleinen Strukturen sichtbar gemacht werden. Dabei erkennt man auch die räumliche Struktur der DNA-Doppelhelix.

Struktur und Funktion der DNA

Im Internet können Schülerinnen und Schüler kostenlose Strukturmodelle der DNA nutzen, die man je nach Anforderung verändern kann. Die Internetadressen sind in die Arbeitsblätter eingedruckt, so dass die Schüler auch vom PC zu Hause aus mit ihnen arbeiten können.

Die Struktur der DNA
Ein interaktives Computeranimations-Tutorial von Eric Martz (JMOL)

Unter dem Molekülmodell sieht man Steuerungsknöpfe. Mit diesen kann man das Molekülmodell verändern. Außerdem führt ein Rechtsklick auf das Molekül zu einem Kontextmenü, wo man noch mehr Veränderungen vornehmen kann.

Man kann das Molekül mit gedrückter linker Maustaste drehen. Man kann es mit den Steuerungsknöpfen Plus und Minus um einen festen Betrag oder mit gleichzeitig gedrückter Shift-Taste um einen beliebigen Betrag zoomen.

A. Die Doppelhelix und ihre Elemente

Beschreibung des Modells

Die Atome sind farblich gekennzeichnet. Anfänglich sind die Wasserstoffatome nicht dargestellt, diese können aber in der Darstellung von einzelnen Basenpaaren (DNA ---> AT und DNA ---> GC durch Klick auf einen Steuerungsknopf nachträglich sichtbar gemacht werden.

Element	Einfärbung	Atomsymbol
Kohlenstoff	grau	C
Wasserstoff	weiß	H
Sauerstoff	rot	O
Stickstoff	blau	N
Phosphor	orange	P

Veränderung des Modells

Steuerungsknopf	Modell
Keiner	Drahtmodell, zeigt die Atomsorten, die Bindungen und die Wasserstoffbrücken
Kalottenmodell	Kann direkt verglichen werden mit dem Bild der Oberfläche der künstlich hergestellten DNA unter dem Rasterkraftmikroskop (s.o.): Doppelhelix, große und kleine Furche.
Rückgrat	Die durchgängige Struktur des Desoxyribose-Phosphat-Rückgrats wird hervorgehoben. Klick auf den Steuerungsknopf "Kalottenmodell" hebt das Rückgrat noch stärker hervor.
Basen	Die Basen werden hervorgehoben. Klick auf den Steuerungsknopf "Kalottenmodell" hebt die Basen noch stärker hervor.
DNA -> AT-Paar	Ein Paar aus Adenin und Thymin wird zusammen mit den Zucker- und den Phosphatmolekülen des Rückgrats hervorgehoben und vergrößert.
Anzeigen H	Stellt die H-Atome dar, nützlich für die Analyse der Anziehung der komplementären Basen
Reset	Anfängliches Modell wird gezeigt.

Arbeitsblatt Lösungshinweise

B. Der Code

Beschreibung des Modells

Hier ist das Rückgrat in einer Farbe und jede Base in jeweils ihrer spezifischen Farbe dargestellt.

Strukturelement	Einfärbung	Symbol
Rückgrat	violett	Keines
Adenin	blau	A
Thymin	gelb	T
Guanin	grün	G
Cytosin	rot	C

Veränderung des Modells

Steuerungsknopf	Modell
Keiner	Drahtmodell, zeigt das Rückgrat in violett, jede Base in einer spezifischen Farbe und die Wasserstoffbrücken
Rückgrat	Die durchgängige Struktur des Desoxyribose-Phosphat-Rückgrats wird noch einmal hervorgehoben.
Basen	Die Basen werden in ihren spezifischen Farben hervorgehoben. Die Paarung der komplementären Basen wird noch einmal deutlich.
AT bzw. GC	Ein Paar aus Adenin und Thymin bzw. Guanin und Cytosin werden zusammen mit den Zucker- und den Phosphatmolekülen des Rückgrats hervorgehoben und vergrößert. Die Grundstruktur und die Paarung durch Wasserstoffbrücken wird noch einmal deutlich.
Replikation	An einen Einzelstrang werden Nukleotide mit den komplementären Basen angelagert und das Rückgrat wird verbunden.
Codons	An einem Einzelstrang werden nacheinander jeweils die 3 Basen eines Codogens hervorgehoben. Dann wird mit den entsprechenden Codons auf der mRNA beschriftet und schließlich noch die jeweils codierte Aminosäure ausgegeben.

Arbeitsblatt